西门子模块6ES7212-1BB23-0XB8详解说明
| 随着汽车工业在我国的飞速发展，人们对生产线输送系统的速度、精度和工程实施速度的要求大大提高，控制架构也由过去的集中控制方式转变为分散控制。滑橇输送机作为国内外普遍采用的输送形式，具有可靠性高、输送速度快等优点，而具有高灵活性和高防护等级的一体化变频器特别适合应用在这一输送系统中。 分散控制方案 工业生产自控系统传统控制方案基本上采用“集中控制”的思路，即在需要控制的设备区域设置一套主控制柜，柜内安装接触器、变频器等驱动元件，将电缆和信号线由主控柜直接连接至设备执行器（电机、电磁阀等），这种控制方式的主控柜内由于需要安装每个执行器的驱动元件，其体积巨大、安装不便，由于需要在现场敷设大量的桥架、动力电缆、控制电缆和信号电缆，存在安装周期长，施工成本高，交直流信号相互干扰严重、系统维护和改造困难等缺点。 随着现场总线技术和控制元器件不断发展，一种新的控制架构即“分布式控制”架构应运而生，其主要特点是将带有现场总线接口的控制元器件安装在现场设备附近或直接集成在电机、电磁阀上，以主控柜通过动力电源（380VAC）母线和控制电源（24VDC）母线为元件提供动力和控制电源，并通过总线实现控制，以往庞大的主控柜可以精简到极为小巧，安装和调试非常方便，大大简化外部布线的施工量，解决了“集中控制”架构带来的种种不便和缺点。 滑橇输送机 滑橇输送系统（见图1）目前是各个汽车制造厂普遍采用的输送设备，滑橇式输送机由动力滚床、平移滚床、旋转台、举升台、平移机和链式输式送机等各种独立输送单元所组成的组合式输送系统，每种输送单元可以独立执行某一个或多个动作（如传送车身、旋转、平移和升降等），设备的驱动装置为带有减速器的三相380V交流电机。和传统的悬挂积放链、地推链等输送设备相比，具有机动灵活、组合方便、运行平稳、可靠性高以及便于维护等显著优点。系统现场安装如图2所示。 在设备层采用的设备网（DeviceNet）是一种底层网络，DeviceNet是20世纪90年代中期发展起来的一种基于CAN技术的开放型符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络。它通过一根电缆将诸如可编程序控制器（PLC）、传感器、HIM和变频器等现场智能设备连接起来，是一种分布式控制系统（DCS）。设备网与一般的通信总线相比，具有突出的高可靠性、实时性和灵活性。其主要特点可以概括如下：采用基于CAN的多主方式工作；采用非破坏性总线逐位仲裁技术；设备网上可以容纳多达64个节点地址；采用短帧结构传输；通信介质为独立双绞线；支持设备的热插拔。 一体化变频器 该系统选用德国SEW专为分散控制系统开发的MOVIMOTZ38系列变频器，该变频器专为工业现场环境和分布式控制架构设计，集成了传感器接口和主电源分段开关以及DeviceNet总线分配器和总线接口与电源，控制电压及总线相连。使用SEW公司提供的预置电缆可以便于安装。利用中央控制柜中的PLC与之通信和供给电源用于实现控制功能，而中央控制柜和驱动电机之间复杂的点对点布线则不再需要，这样节省了大量的时间和材料。 SEWMOVIMOT变频器结构紧凑、连接方便，功率范围在0.37～3kW内，均可安装在设备电机附近，实现制动电机/非制动电机的变速驱动，其性能参数如下： 电源电压：电源三相380到500V±10% 50/60Hz； 控制电压：24VDC； 通讯接口：DeviceNet； 可调整参数：2个固定转速设定，斜率发生器，4-象限或DC制动，PWM 开关频率； 该系统采用Rockwell的Controllogix平台PLC，安装在中央控制柜内，采用1756-L61作为控制处理器，1756-DNB是ABControllogix5561平台与现场设备的DeviceNet通信适配器，该模块的主要作用是PLC通信系统中作为主站发给各个现场变频器信息，并接收和发送现场输入输出信号。将其作为DeviceNet通信主站使用，完成变频器和现场设备各种数据的传送，参数监控及故障报警等。 驱动输送机电机的一体化变频器安装在设备上，中央控制柜通过母线式动力电源（380VAC）和控制电源（24VDC）为现场变频器提供能源，并通过DeviceNet专用电缆和分支T型头将用于控制输送系统中的各个电机的一体化变频器连接起来，构成分散式的控制架构。 系统软件配置 Rockwell ControllogixL61为PLC基本单元、执行系统及用户软件，是整个控制系统的核心。软件配置方面，笔者采用了Rockwell公司的RSLinx作为通讯平台，通过安装在PLC机架上的以太网通信模块访问CPU和设备网。 图3中节点号地址为“00”的站点为1756-DNB主站模块，地址为“11”～“24”的站点为安装在现场的一体化变频器。 本系统使用RS Networkx for DeviceNet作为设备网的配置工具，通过配置变频器在设备网主站中的扫描列表，将其加入到整个系统中进行控制和管理。根据SEW变频器的数据输入输出数据结构（如表1和表2所示），配置映射区域和PLC内存分配。系统界面如图4、图5所示。 实际应用效果 经过实际项目的考验，由一体化变频器和设备网够成的分散式输送控制系统的实际使用效果非常理想，适合在汽车生产线中的大规模使用，采用设备网通信控制现场一体化变频器，具有硬件安装简单、便捷，抗干扰能力强的特点。 分散式的架构有利于工程设计和现场安装调试，设备运行可靠、故障率降低设备故障后维修时间缩短，使得设备利用率大大提高，特别是由于采用了变频控制输送设备的电机，工件运行平稳、流畅，提高了产品数量和质量，减少了机械的磨损和冲击，延长了设备的使用寿命，从而得到用户的认可和好评 |
| 本文通过在上海大众汽车冲压车间自动化生产六线的控制系统改造中，WinCC Web Navigator的技术应用实例，介绍了IT技术在工业控制领域中的实现过程。 近年来,互联网、信息技术飞速的发展正在强有力地推动着工业领域技术的发展。WinCC Web Navigator是WinCC系统的一个选件，它正是利用这种互联网的IT信息技术，向我们提供了通过互联网和IE浏览器来监控工业生产控制过程的新技术，为工厂提供了技术上更加先进、操作上更加方便的一种新型的分布式HMI的方法。现在，我们在上海大众汽车冲压生产六线上已经成功地将WinCCWeb Navigator这项技术应用到大型工业设备中。 上海大众汽车冲压车间生产六线采用的是20世纪90年代从德国进口的机械设备，整条生产线由6台多连杆压机、6套与之相配的上下料机械手输送系统以及1套板料清洗系统组成，它以生产轿车外覆盖件为主。在正常情况下，生产线可无人干预地自动运行，高生产节拍为每分钟8个零件。该生产线全貌见图1。 针对目前西门子早期技术已经淘汰，很多器件逐渐停产的现状，为了解决设备备件的升级换代以及落后的技术问题，我们提出应用当今的WinCCWebNavigator这项技术对设备人机界面控制系统进行升级改造。把IT技术引入到现场设备的控制系统中，构成一个基于互联网的工业生产控制系统，这是目前设备控制领域中不多见的大胆尝试。其基本概念是，建立一台计算机服务器作为冲压自动线控制系统的数据和画面集中处理中心，并安装WinCC系统和WinCCWeb Navigator选件。这是因为，一方面WinCC系统的作用是控制和管理整个冲压生产线，另一方面，WinCC WebNavigator的作用是为生产线上每台设备发布相应的操作画面网页。在生产线原来的显示终端位置上安装西门子工业触摸屏PC477B作为操作显示终端。通过以太网的通讯连接，在PC447B上运行IE浏览器即可访问服务器上相应设备的网页，由此可以在任何一个显示终端完成压机和机械手操作画面的显示。将压机和机械手的显示终端合二为一，极大地方便了用户的操作。利用WinCCWeb Navigator即能保证满足原来的系统功能，又能实现新提出的技术要求。 系统的需求分析 我们在现场对冲压生产线系统进行了仔细调查和研究，并从几个方面综合分析了其系统的特点，这使我们能够在利用WebNavigator技术的基础上，建立一个比较完善的实施方案。 1、PLC 压机的PLC根据模具的工艺参数和机床的控制参数，控制着整个压机的运行方式。 机械手输送系统的PLC根据所选择的加工零件的形状，控制着机械手输送系统各部分运动轴的轨迹。机械手的PLC共控制输送系统的7个运动轴方向。输送系统的上料手、下料手和输送小车的结构请见图2和图3。 2、工业以态网 由于只有部分PLC已经使用了粗缆通信方式的工业以态网连接起来，必须采取某种方式把设备上所有PLC连接到同一个网络系统上，才能完整地完成PLC与PLC和PLC与上位机的数据通信。 3、系统功能 系统功能主要是控制系统根据生产工艺，对生产线设备完成其操作控制和管理功能。通过对其综合分析，按照压机和输送系统两部分，可分为几类功能。 （1）压机部分的系统功能 a.运行参数 压机正常工作时的主要运转参数。 b.状态监控 在压机运行中需实时监测设备相关的部分的运行状态。 c.调整功能（现行参数的调整） 在压机处于调整模式时，需要用手动方式调整压机现行的动作和参数。 d.更换模具 当压机选择在更换模具的工作模式时进行的数据处理和动作过程。 e.编辑模具数据 （与模具有关的数据） 根据工艺的变化，按照选择的模具号，编辑修改存在于PLC数据块内的相对应的模具数据。 f.编辑机床数据（与机床有关的数据） 由于工艺的变化，压机的动作也需做相应的调整，必须编辑修改存在于PLC数据块内机床数据。 （2）机械手输送系统部分的系统功能 a.机械手输送系统控制链运行状态显示 b.数控轨迹程序的编辑(编辑零件程序) 编辑各部分运动轴的运动轨迹及相应辅助动作。 c.示教功能 通过手动方式来获取各部分运动轴的运动轨迹。 d.安全开关点的编辑 为避免碰撞，设置各部分轴的运动轨迹的安全极限点。 e. 显示屏按钮操作 主要包括操作模式选择，程序运行方式的选择以及功能选择。 f. 模具更换 根据压机模具的不同形状，机械手输送系统需要选择相对应的数控轨迹程序(零件程序)。 压机部分和输送系统部分的这些系统功能，在新的方案里是由服务器中运行的WinCC系统来实现的，并通过现场的PC477B上的IE浏览器来进行访问操作。 4、现场环境 冲压车间本身是一个高噪音、高冲击振动、高电磁干扰的恶劣环境，我们选择安装在设备床身上的操作终端，要能够承受这种恶劣环境，尤其是要能够长期承受压机的高冲击振动。 系统的硬件构成 1、工业以态网结构 （1）部分PLC原已经使用粗缆AUI通信方式的工业以态网连接，为降低成本，在新的方案中保持其结构不变，通过一个HUB连接到服务器计算机上。 （2）考虑到粗缆布线不便，成本较高，其它原未联网的PLC采用现较通用的双绞线型工业以态网线连接，再通过交换机连接到到服务器计算机上。 2、服务器计算机 （1）作为系统的控制中心服务器计算机，我们选择的是HP ML370G5，配有一个英特尔四核处理器，2G内存，双硬盘，热备。由于该服务器具有多线程并行处理能力，比较适合我们这种多终端客户机访问的要求。 （2）服务器上插入两块西门子的工业以态通信网卡CP1613 A2，一块通过AUI口连接到现场的HUB，与配置CP1430TF网卡的机械手PLC交换数据；一块通过RJ45口连接到现场交换机，与配置CP1430TCP网卡的压机PLC交换数据。 （3）服务器内置的千兆的RJ45网口，经过一个千兆级交换机，与现场多个操作终端PC477B的内置千兆的RJ45网口相连。这样保证上层网都以千兆速率进行数据通信，从而也保证了现场操作终端PC477B上的页面切换和数据刷新的实时性。 （4）服务器安装有2003 Server操作系统、WinCC（V6.2）基本软件包和WinCC WebNavigator（V6.2）选件。 3、现场操作终端PC477B （1） PC 477B装有嵌入式bbbbbbsXP瘦型版操作系统，这使PC具有开放性，也提高了防止病毒侵入及非法更改程序。 （2）耐冲击性/抗震性：5g/1g。此项指标基本达到我们的要求。 （3）PC477B 主频 1G， 内存 1G， 系统程序存储 CF卡为 2G。 （4）嵌入式bbbbbbs XP含有IE浏览器，PC477B可做为WinCC Web客户机。 系统的软件功能设计 1、压机系统部分 PLC对于压机的控制是依据在内部以DB块形式存放的模具数据和机床数据，而这些数据通过服务器对其进行处理，由此这些数据就形成了压机控制所需要的设定值。PLC也要检测被控制对象的状态，并传到服务器中，就形成了压机控制所需要的实际值。从数据形式上分析，压机系统在控制过程中主要处理的对象是设定值和实际值这两大类数据。从压机本身运行过程区分，压机控制在处理这两大类数据基础上，可出现4种运行过程，即手动调整、单次运行、自动化生产和换模操作。系统归结起来有三类功能，即压机运行状态监控、手动调整监控和编辑数据（模具数据和机床数据）。其软件功能结构如图6所示。 主要作用是配合压机冲压过程中对冲压件的物料传送，其控制形式是一种运动轨迹控制。它根据加工工艺、压机、模具、被加工工件的形状特点，通过其系统的上料手、下料手和输送小车相互的运动，把被加工工件准确地从一台压机的模具中取出，经过交接、翻转和输送，再准确地放到下一台压机的模具中，进行下一道的冲压工件的加工。在这里输送系统必须要确保工件在两压机之间的空间运动轨迹中准确、安全和可靠的运行，不得与周围任何物体发生任何碰撞。每付模具都对应着机械手各自运动轨迹的数控程序。 工件的空间运动轨迹分为三段，分别按顺序由输送系统的下料手、输送小车和上料手完成。输送系统的的上料手、下料手和输送小车运动形式各不同，但其软件功能结构基本相同，其结构如图7所示。 针对以上软件功能结构，对每一个功能都设计一组WinCC画面和全局脚本。系统软件功能基本上是按照这样过程实现的。通过现场终端操作，进入相应的画面，按照需要的功能触摸相应的功能按钮。通过服务器中运行WinCC系统，就会触发后台指定的脚本工作，一方面调用WinCC的内部数据，一方面调用PLC的内部DB数据。服务器中WinCC系统按照功能要求，经过一系列分析和运算，把得到的数据结果回送到PLC的内部DB中。后，根据这些DB块中数据变化，PLC改变对设备的控制，达到完成该软件的控制功能。 4、Web Navigator的实现过程 步，在服务器计算机的WinCC系统中为实现压机和输送系统的软件功能，必须编辑大量的画面和全局脚本。使用WinCC WebNavigator自带的Web组态程序(向导)，把这些WinCC的画面和全局脚本加入进去，经编译在服务器上就形成互联网上可访问的网页，并存入服务器上指定文件夹。 第二步，把与服务器相连的现场操作终端PC477B做为WebNavigator客户机，在PC477B上使用IE浏览器访问服务器里已生成的网页，并打开操作。操作人员就可以完成有关压机和输送系统的软件功能的操作。 在这里运行的系统主程序仍然是服务器上的WinCC系统，而现场操作终端PC477B客户机以网页的形式做为系统操作界面，远程访问和修改系统主程序中的数据，从而使系统主程序完成其相应压机和输送系统的软件控制功能功能。服务器和客户机之间的网络连接是通过TCP/IP协议实现的。在服务器主程序WinCC运行的情况下，PC477B客户机进入服务器网页程序操作比较简单，只需输入服务器IP地址，用户名和密码。 应用体会 该系统已经于近期在上海大众汽车冲压车间生产六线上投入使用，设计的系统功能基本都得以实现，系统总体的使用效果是令用户满意的。我们通过实施该项目，出以下几点体会： 1、PC477B这款产品在我们系统中以机器触摸屏的形式当作是现场操作终端，使用效果很好，为整个系统的控制功能得以可靠稳定地实现提供了技术上的保证。它可在恶劣环境下长期稳定运行，它自带嵌入式bbbbbbsXP操作系统，有着无硬盘、体积小、重量轻、免维护的等显著特点，特别适合在工业场合使用，值得推广。 2、Web网页制作过程是以服务器上WinCC为基础，应用WinCC的图形设计器，使用通常的方法生成过程画面，再经过Web发布导向就自动形成Web网页。WebNavigator给我们提供了从WinCC图形直接生成网页的方法，用发布代替组态，使用起来确实十分简单方便。 3、WebNavigator技术要成功使用，必须要做到WinCC的画面调用层次要分明，数据结构要清楚，访问的变量一定要存在。否则，发布编译中会报错，或在浏览网页时会出现中断死机现象。 4、使用PdlPad工具对开发Web网页帮助很大，一方面可以对WinCC画面和全局脚本进行错误排查，一方面也可以对形成的Web网页脚本进行修改，以改善网页性能。 5、在使用Web Navigator技术要注意一些问题： （1）全局脚本在Web客户机上不能运行，各Web客户机调用的全局脚本都是在服务器内同一个空间运行，要避免互相影响，特别是要注意全局变量的使用。 （2）Web客户机调用的全局脚本内可以使用WinCC提供的大部分函数，但仍有一小部分函数不支持Web客户机，编辑脚本时请注意查阅手册。 （3）对于S5PLC，Web客户机可以使用读一个位形式变量的函数，如GetTagBit，但不能使用写一个位形式变量的函数，如SetTagBit。只能把一个位形式变量转换成一个字形式变量，使用写一个字形式变量的函数，如SetTagWord。 6、使用的WebNavigator是建立在互连网的信息技术基础上，其技术重点是放在服务器上，现场客户机终端相对比较简单，它形成了一种集中控制分散操作的系统，这特别适合在工业领域中生产线上使用。WebNavigator把当前迅速发展的IT技术引入了控制领域，使控制系统更加开放，应用更加普遍，使用更加灵活。WebNavigator技术上的通用性，使其控制范围更大，控制功能更强，操作方法更加方便，更加容易掌握。正是由于WinCC WebNavigator是伴随IT技术发展的产物，目前一直处于技术的地步，具有很好的发展前景。WinCC WebNavigator作为一种新兴的和实用的IT技术，以它所具有的优越性，是值得在工业控制领域中大力推广应用的 |